新工科教育背景下大學(xué)物理課程改革方向與路徑探析

孫云娟

摘? 要 基于教育部新工科研究與實(shí)踐項(xiàng)目指南，結(jié)合工科基礎(chǔ)課大學(xué)物理教學(xué)實(shí)踐，提出大學(xué)物理教學(xué)中的“三構(gòu)建”：通過教材建設(shè)，構(gòu)建適應(yīng)不同工科專業(yè)的模塊化教學(xué)內(nèi)容體系;由側(cè)重推導(dǎo)計(jì)算向側(cè)重物理思想、物理方法轉(zhuǎn)變，構(gòu)建適應(yīng)不同內(nèi)容的物理思想和物理方法的體系;充分利用線上學(xué)習(xí)平臺，構(gòu)建適應(yīng)不同教學(xué)方式的線上、線下大學(xué)物理智慧教學(xué)體系。

關(guān)鍵詞 新工科;大學(xué)物理;課程思政;教材建設(shè);網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí);智慧教學(xué)

中圖分類號：G642.0? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）22-0099-03

An Analysis of Direction and Path of College Physics Reform under Background of New Engineering Education//SUN Yunjuan

Abstract Based on the new engineering research and practice pro-ject guide of the ministry of education， combined with the practice of

College Physics teaching of engineering basic courses， this paper putsforward three constructions in College Physics teaching： through the?construction of teaching materials， the modular teaching content sys-tem suitable for different engineering majors is constructed; the trans-formation from focusing on the derivation calculation to focusing on?the physical thought and physical method is transformed to construct?the physical thought adapting to different contents. We should make full use of the online learning platform to construct the online and offline intelligent teaching system of College Physics which adapts to?different teaching methods.

Key words new engineering; college physics; curriculum ideologi-cal and political education; teaching material construction; e-lear-ning; intelligent teaching

1 前言

2017年6月，經(jīng)歷了“復(fù)旦共識”“天大行動”“北京指南”以后，教育部審議通過《新工科研究與實(shí)踐項(xiàng)目指南》，提出新工科建設(shè)指導(dǎo)性意見，目的是適應(yīng)新一代電子、通信、生物、制造機(jī)械等工業(yè)的快速發(fā)展，以立德樹人為引領(lǐng)，以應(yīng)對變化、塑造未來為建設(shè)理念，以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享為主要途徑，培養(yǎng)未來多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才。這是國家戰(zhàn)略。[1]

2 新工科對人才培養(yǎng)提出新要求

首先，滿足社會要求，突出專業(yè)基礎(chǔ)知識與工程實(shí)踐能力共同培養(yǎng)的特點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐意識;其次，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，培養(yǎng)其設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力;最后，學(xué)科教材融合，將工程知識體系與人文、基礎(chǔ)學(xué)科知識體系相融合，拓展學(xué)生跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的知識范疇。

鑒于此，工科基礎(chǔ)課程大學(xué)物理應(yīng)順應(yīng)新工科要求，積極推進(jìn)教材、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等方面的改革，從關(guān)注課程本身向關(guān)注物理思想和方法轉(zhuǎn)變，從學(xué)習(xí)教材知識向解決實(shí)際工程問題轉(zhuǎn)變，從傳統(tǒng)教學(xué)向混合式智慧教學(xué)轉(zhuǎn)變，使大學(xué)物理教材、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)思想、教學(xué)方法更適應(yīng)新工科的要求，發(fā)揮工科基礎(chǔ)課的主體作用。

3 大學(xué)物理課程現(xiàn)狀

大學(xué)物理作為工科專業(yè)的公修基礎(chǔ)課，在工程技術(shù)類人才培養(yǎng)中發(fā)揮著重要作用，但是也存在一些問題。

大學(xué)物理教材普遍輕視對學(xué)生思想和價(jià)值觀的引領(lǐng)? 物理以自然知識為基本對象，反映事物的自然規(guī)律和運(yùn)行機(jī)理，具有客觀性，并超越意識形態(tài)。教材內(nèi)容不關(guān)聯(lián)思想政治立場，從概念、公式、推導(dǎo)、證明到例題講解、作業(yè)計(jì)算等，重視“理”和“術(shù)”的傳授，缺少對物理學(xué)史、物理學(xué)家、物理精神等課程思政育人元素的挖掘，以及敬畏科學(xué)、理性思考、審慎嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神和科研態(tài)度的直接體現(xiàn)。

大學(xué)物理課時(shí)少，內(nèi)容多? 作為理工科的一門公修課，大學(xué)物理年學(xué)時(shí)在100小時(shí)左右，內(nèi)容包括力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)、量子物理、原子核物理等，每一章對應(yīng)物理學(xué)專業(yè)的一門專業(yè)必修課程，如果不根據(jù)專業(yè)需求對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行模塊化處理，100學(xué)時(shí)左右根本講不完。

大學(xué)物理概念多、公式多、計(jì)算題多，學(xué)生普遍反映很難? 由于大學(xué)物理與高等數(shù)學(xué)聯(lián)系緊密，用到微積分、線性代數(shù)、解析幾何等，對學(xué)生綜合運(yùn)用能力提出很高的要求。學(xué)生感覺物理難學(xué)，很大程度上歸因于煩瑣的公式推導(dǎo)和證明、計(jì)算。雖然推導(dǎo)證明是學(xué)生理解定理的前提，計(jì)算是學(xué)生掌握新知的必要步驟，但是如果忽略了大學(xué)物理中涵蓋的世界觀、方法論、物理思想以及數(shù)理結(jié)合綜合分析問題的能力培養(yǎng)，就會得不償失。

未充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的優(yōu)勢? 傳統(tǒng)的課堂講授方式占主導(dǎo)地位，線上教學(xué)、線上平臺優(yōu)秀網(wǎng)絡(luò)課程利用率不高。學(xué)生對課堂教學(xué)的依賴性較強(qiáng)，如果教師不加以引導(dǎo)和推行線上輔助教學(xué)，既不利于培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力，也不利于開闊學(xué)生的專業(yè)視野。

4 改革方向和路徑探析

教材融入課程思政育人元素? 習(xí)近平總書記在全國高校思想政治工作會議上強(qiáng)調(diào)，立德樹人是高校人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，要體現(xiàn)全員、全過程、全方位育人的理念，各門課程發(fā)揮協(xié)同育人的功效[2]。作為體現(xiàn)國家意志的載體，教材在編寫中應(yīng)注重挖掘教材內(nèi)容包含的育人元素，使教材和思政有機(jī)融合，教材承載思政，思政寓于教材。要將社會主義核心價(jià)值觀以及其他育人元素滲透在大學(xué)物理教材中，使學(xué)生在課堂上學(xué)習(xí)知識的同時(shí)，潛移默化地受到思想政治教育，引領(lǐng)和塑造理工類大學(xué)生的世界觀、人生觀、價(jià)值觀。

以大學(xué)物理“重核的裂變”一節(jié)為例，教材內(nèi)容包括重核裂變的概念、鏈?zhǔn)椒从臣澳芰坑?jì)算，如果在編寫中能引入“兩彈元勛”鄧稼先的生平事跡，就融入了崇高的愛國精神和科學(xué)報(bào)國的信念。而在編寫“原子核物理”一節(jié)時(shí)，如果融入切爾諾貝利核事故事件，就可以在潛移默化中培養(yǎng)學(xué)生對待科學(xué)審慎嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，體會到科學(xué)是一把“雙刃劍”。

教學(xué)內(nèi)容模塊化? 按照“北京指南”“更加注重分類發(fā)展”的要求，不同的工科專業(yè)在大學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容選擇上應(yīng)有所側(cè)重、有所區(qū)分，制定不同的教學(xué)大綱。

以《普通物理學(xué)》（高教版，程守洙）為例，將大學(xué)物理內(nèi)容分為力學(xué)（經(jīng)典力學(xué)、相對論力學(xué)）、熱學(xué)、電磁學(xué)、波動光學(xué)、量子物理、原子核物理共六個(gè)模塊。如化學(xué)、機(jī)械兩個(gè)專業(yè)，根據(jù)專業(yè)的發(fā)展需求與大學(xué)物理各個(gè)模塊的關(guān)聯(lián)程度，確定重點(diǎn)學(xué)習(xí)的模塊：化學(xué)專業(yè)，學(xué)習(xí)熱學(xué)、波動光學(xué)、量子力學(xué)、原子核物理部分;機(jī)械設(shè)計(jì)等專業(yè)，重點(diǎn)學(xué)習(xí)力學(xué)、熱學(xué)、量子力學(xué)、電磁學(xué)部分。通過劃分教學(xué)模塊，不同的專業(yè)制定不同的教學(xué)大綱，重點(diǎn)講授與學(xué)生專業(yè)發(fā)展密切相關(guān)的內(nèi)容，而對于專業(yè)模塊以外的大學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容，降低考試要求，通過專題的形式，利用3～5個(gè)課時(shí)，使學(xué)生了解基本的原理和概念即可。如此，可以根據(jù)專業(yè)不同，對物理知識要求的側(cè)重點(diǎn)不同，有效解決課時(shí)少而內(nèi)容多、講不完的矛盾。

教學(xué)理念由注重推導(dǎo)計(jì)算向注重物理思想、物理方法轉(zhuǎn)變? 完整的物理教育主要包括物理知識、物理方法、物理思想、物理觀念等。物理思想是關(guān)于物理學(xué)本質(zhì)的深層認(rèn)識，在物理實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與操作、物理概念的形成、物理規(guī)律的獲得、物理知識的應(yīng)用中無不涉及物理思想及物理方法，這是其價(jià)值所在[3]。物理知識由概念、公式、原理組成，用數(shù)學(xué)方程精確表述，必要的計(jì)算推導(dǎo)有助于掌握物理知識。但是如果僅僅停留在傳授物理知識、推導(dǎo)計(jì)算等層面上，忽略物理思想的教育，就丟掉了物理教育的本質(zhì)和內(nèi)核，勢必導(dǎo)致一葉障目[4]，這是因?yàn)槲锢肀旧砭桶耸澜缬^，充滿了辯證法，發(fā)現(xiàn)了自然界的對稱美，揭示了自然界的守恒定律，比如能量守恒、不可逆過程、相對論理論等。學(xué)習(xí)物理，不僅僅是學(xué)習(xí)物理知識，更是發(fā)現(xiàn)物理中包含的人類認(rèn)識物理世界的規(guī)律和方法，每一個(gè)定律蘊(yùn)含的物理意義和物理思想。這就要求教師對教材內(nèi)容有深刻把握的同時(shí)，把握物理的精髓，不僅僅傳授物理知識，更要傳授物理思想，從注重知識傳授向注重物理思想、物理方法的滲透轉(zhuǎn)變，使學(xué)生受益終生。

運(yùn)用信息化教學(xué)手段輔助大學(xué)物理課堂教學(xué)? 以清華大學(xué)和學(xué)堂在線共同推出的雨課堂教學(xué)平臺為例，疫情期間，筆者利用雨課堂教學(xué)平臺，完成對315名學(xué)生進(jìn)行在線直播，講授普通物理學(xué)。學(xué)生無須下載APP，微信關(guān)注雨課堂公眾號，掃描教師提供的班級二維碼即可進(jìn)入班級學(xué)習(xí)。教師登錄雨課堂電腦端，開啟語音或視頻直播。在授課過程中，學(xué)生可以看到正在直播的課件，通過發(fā)送彈幕，與教師互動，教師看到彈幕，及時(shí)答疑。未及時(shí)上直播課的學(xué)生，可以在手機(jī)端觀看課堂回放。教師通過雨課堂平臺，向?qū)W生推送課堂練習(xí)題，上傳作業(yè)題，上傳試卷，考查學(xué)生掌握知識的情況。

此外，雨課堂網(wǎng)頁版可以提供學(xué)生學(xué)習(xí)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，以Excel的形式批量導(dǎo)出。根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，教師可以實(shí)施智慧化、精確化教學(xué)。教師從圖1中可以精確地掌握哪些學(xué)生對課件進(jìn)行了預(yù)習(xí)、預(yù)習(xí)的時(shí)長、預(yù)習(xí)的頁碼，哪些學(xué)生未預(yù)習(xí)，哪些學(xué)生提出了問題。針對未預(yù)習(xí)的學(xué)生，教師予以課前提醒、課堂上關(guān)注，督促其學(xué)習(xí)。疫情期間，缺乏與學(xué)生面對面溝通交流的條件，利用雨課堂的投票功能，教師可以在線掌握普通物理學(xué)的學(xué)習(xí)情況，設(shè)置問題：

1）你認(rèn)為我們目前的教學(xué)進(jìn)度怎樣？（圖2）

2）你認(rèn)為我們目前是否需要增加習(xí)題量？（圖3）

3）你最近聽課時(shí)網(wǎng)絡(luò)效果怎樣？（圖4）

學(xué)生在線投票。教師登錄雨課堂網(wǎng)頁版，查看三個(gè)問題的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，通過這種方式搜集學(xué)生的反饋和學(xué)情，以學(xué)生為本，及時(shí)調(diào)整普通物理學(xué)授課進(jìn)度和方法，達(dá)到較好的授課效果。三個(gè)問題的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見圖2～圖4。

新工科要求推進(jìn)教學(xué)手段改革，充分利用現(xiàn)代教育技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、主動學(xué)習(xí)的能力。疫情期間線上教學(xué)發(fā)揮了重要的作用，眾多教學(xué)平臺給教師提供了直播權(quán)限，可以隨時(shí)隨地開展網(wǎng)上授課，眾多網(wǎng)絡(luò)精品課程為學(xué)生提供了優(yōu)秀的學(xué)習(xí)資源。教師在線上開展直播教學(xué)，利用教學(xué)平臺批改作業(yè)、答疑、測試，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，將已經(jīng)建立的大學(xué)物理數(shù)字課程在平臺上推送給學(xué)生，包括教學(xué)視頻、重難點(diǎn)講解、課件分享等，將傳統(tǒng)的教學(xué)方式和線上教學(xué)合理高效地結(jié)合起來，充分利用線上教學(xué)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)，監(jiān)督學(xué)生完成學(xué)習(xí)任務(wù)的人數(shù)、時(shí)長、效果等。教師利用翻轉(zhuǎn)課堂，課前得知學(xué)生預(yù)習(xí)情況，針對學(xué)生預(yù)習(xí)中提出的問題及重難點(diǎn)，在課堂上重點(diǎn)講解，使教學(xué)有的放矢，提高課堂教學(xué)效率，從而構(gòu)建智慧化和精確化的普通物理學(xué)線上、線下教學(xué)體系。

5 結(jié)束語

新工科的提出順應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會和科技發(fā)展的需要，搭建起產(chǎn)業(yè)需求和人才培養(yǎng)的橋梁。新工科對高校教學(xué)體系建設(shè)、培養(yǎng)模式改革、教學(xué)方法與時(shí)俱進(jìn)等，都提出要求和改革的方向。根據(jù)新工科理念，夯實(shí)普通物理學(xué)、高等數(shù)學(xué)等工科公修課改革，加強(qiáng)校企合作，為培養(yǎng)卓越工程師打好基礎(chǔ)。這就需要政府、高校、企業(yè)、教師、學(xué)生等多方面的配合[5]，通過資金扶持、制度規(guī)范，共同參與新工科教育，推動新工科的建設(shè)和發(fā)展?！?/p>

參考文獻(xiàn)

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